Primeiros implantes em pacientes com retinose pigmentar apresentaram resultados encorajadores e nova geração de implantes já encontra-se em fase de estudo
[27/7/2007 - 10:56]
Apesar de ainda estarmos no início de uma nova ciência que envolve o desenvolvimento de substitutos artificiais para órgãos neurologicamente complexos com a retina, nestes últimos anos, um progresso significativo foi alcançado com os primeiros implantes de prótese retiniana intraocular em pacientes com estágio final de retinose pigmentar.
Histórico
Apesar de todo desenvolvimento médico, farmacológico e tecnológico, a cegueira ainda aflige milhões no mundo inteiro e aproximadamente 10% não apresentam mais percepção luminosa. Um vez perdida a viabilidade dos fotoreceptores por patologias como a retinose pigmentar ou degeneração macular relacionada à idade avançada, não existe tratamento eficaz para se re-estabelecer a visão.
A base do conhecimento que fundamentou o desenvolvimento de estímulos artificiais para células neuronais começou já no século 18, quando cientistas começaram a entender que eletricidade poderia induzir uma resposta em tecidos biológicos. Estes conhecimentos possibilitaram avanços importantes em marca-passos cardíacos e implantes cocleares que abriram uma nova ciência. A partir destes avanços, estimulação elétrica tem sido proposta também para restaurar a função perdida em paraplégicos e quadriplégicos, assim como suprimir dores intratáveis e tremores parkinsonianos.
Em indivíduos normais, a visão fisiológica normal é iniciada quando a luz atravessa a córnea e o cristalino em direção aos cones e bastonetes da camada de fotoreceptores na superfície externa da retina, iniciando a transdução fotoquímica. A partir daí, os corpos celulares destes receptores iniciam uma série de sinapses formando uma rede de interação química envolvendo as células horizontais e bipolares. As células bipolares acabam por fazer sinapse direta ou indiretamente com as células gangionares e os axônios destas convergem para formar o nervo óptico. A via óptica continua através do pedúnculo cerebral, dos tratos ópticos para o núcleo geniculado lateral, e posteriormente, via radiações ópticas, para o córtex visual primário no lobo occipital, onde todas essas informações são finalmente processadas a fim de nos proporcionar a visão.
Estimulação elétrica cortical
A percepção de que a visão artificial seria possível surgiu a partir de experimentos envolvendo a estimulação elétrica do córtex cerebral. A estimulação direta da superfície do córtex sob anestesia local em indivíduo cegos resultou na percepção de pontos luminosos, chamado de fosfenos.
Um experimento de grande relevância neste campo foi feito quando 80 eletrodos foram implantados na superfície cortical visual de um indivíduo cego por glaucoma e descolamento de retina com 52 anos de idade. Com a estimulação cortical, o paciente foi capaz de perceber pontos de luz em 40 posições diferentes do campo visual, demonstrando que pelo menos 40 eletrodos estavam funcionais. Este experimento demonstrou que uma estimulação elétrica ativada cronicamente era possível.
Apesar de estes experimentos terem obtido sucesso para induzir fosfenos, havia muitas dificuldades a serem ultrapassadas: altas correntes e eletrodos relativamentes grandes tiveram que ser usados, aquecimento local, eletrólise, estimulação múltipla induzida por um único eletrodo e produção inconsistente de fosfenos. A necessidade de eletrodos menores e fosfenos mais localizados levou ao desenvolvimento de eletrodos intra-corticais. Estes permitiram uma corrente de estimulação mais baixa, fosfenos mais consistentes, ausência de fenômeno de "flicker", a oportunidade de se aumentar o número de eletrodos e a redução de energia necessária e da corrente por microeletrodo. Apesar de haver muitas vantagens, outras limitações se tornaram mais aparentes nos implantes corticais, relacionados principalmente com a falta de conhecimento do processamento visual que ocorre em toda a via óptica, impossibilitando uma estimulação que pudesse reproduzir com fidelidade razoável o ambiente externo a ser visualizado.
Próteses retinianas
Durante o início dos anos 70, ficou evidente que pacientes cegos poderiam perceber fosfenos induzidos eletricamente em uma estimulação ocular e isso foi inicialmente obtido através de estimulação elétrica. Quando obtida, estas respostas indicaram a presença de pelo menos algumas células retinianas funcionais. Devido ao fato de haver um número significante de doenças degenerativas que afetam predominantemente as camadas mais externas da retina (em particular os fotorreceptores), a idéia de se estimular as camadas remanecentes da retina se tornou atrativa.
Duas das doenças degenerativas mais comuns são retinose pigmentar e degeneração macular relacionada à idade. A incidência de retinose pigmentar é de 1/3500 e há aproximadamente 1,5 milhões de pessoas afetadas no mundo, sendo a causa mais prevalente de cegueira hereditária atualmente. Degeneração macular senil é a principal causa de perda visual entre pessoas acima de 65 anos.
A análise morfométrica postmorten da retina de pacientes com retinose pigmentar revelou que a maioria das camadas mais superficias da retina (células bipolares e outras-78.4%) estão preservadas comparadas com as células das camadas mais profundas (fotorreceptores - 4.9%). Resultados semelhantes foram obtidos de pacientes com degeneração macular relacionada à idade.
[27/7/2007 - 10:56]
Apesar de ainda estarmos no início de uma nova ciência que envolve o desenvolvimento de substitutos artificiais para órgãos neurologicamente complexos com a retina, nestes últimos anos, um progresso significativo foi alcançado com os primeiros implantes de prótese retiniana intraocular em pacientes com estágio final de retinose pigmentar.
Histórico
Apesar de todo desenvolvimento médico, farmacológico e tecnológico, a cegueira ainda aflige milhões no mundo inteiro e aproximadamente 10% não apresentam mais percepção luminosa. Um vez perdida a viabilidade dos fotoreceptores por patologias como a retinose pigmentar ou degeneração macular relacionada à idade avançada, não existe tratamento eficaz para se re-estabelecer a visão.
A base do conhecimento que fundamentou o desenvolvimento de estímulos artificiais para células neuronais começou já no século 18, quando cientistas começaram a entender que eletricidade poderia induzir uma resposta em tecidos biológicos. Estes conhecimentos possibilitaram avanços importantes em marca-passos cardíacos e implantes cocleares que abriram uma nova ciência. A partir destes avanços, estimulação elétrica tem sido proposta também para restaurar a função perdida em paraplégicos e quadriplégicos, assim como suprimir dores intratáveis e tremores parkinsonianos.
Em indivíduos normais, a visão fisiológica normal é iniciada quando a luz atravessa a córnea e o cristalino em direção aos cones e bastonetes da camada de fotoreceptores na superfície externa da retina, iniciando a transdução fotoquímica. A partir daí, os corpos celulares destes receptores iniciam uma série de sinapses formando uma rede de interação química envolvendo as células horizontais e bipolares. As células bipolares acabam por fazer sinapse direta ou indiretamente com as células gangionares e os axônios destas convergem para formar o nervo óptico. A via óptica continua através do pedúnculo cerebral, dos tratos ópticos para o núcleo geniculado lateral, e posteriormente, via radiações ópticas, para o córtex visual primário no lobo occipital, onde todas essas informações são finalmente processadas a fim de nos proporcionar a visão.
Estimulação elétrica cortical
A percepção de que a visão artificial seria possível surgiu a partir de experimentos envolvendo a estimulação elétrica do córtex cerebral. A estimulação direta da superfície do córtex sob anestesia local em indivíduo cegos resultou na percepção de pontos luminosos, chamado de fosfenos.
Um experimento de grande relevância neste campo foi feito quando 80 eletrodos foram implantados na superfície cortical visual de um indivíduo cego por glaucoma e descolamento de retina com 52 anos de idade. Com a estimulação cortical, o paciente foi capaz de perceber pontos de luz em 40 posições diferentes do campo visual, demonstrando que pelo menos 40 eletrodos estavam funcionais. Este experimento demonstrou que uma estimulação elétrica ativada cronicamente era possível.
Apesar de estes experimentos terem obtido sucesso para induzir fosfenos, havia muitas dificuldades a serem ultrapassadas: altas correntes e eletrodos relativamentes grandes tiveram que ser usados, aquecimento local, eletrólise, estimulação múltipla induzida por um único eletrodo e produção inconsistente de fosfenos. A necessidade de eletrodos menores e fosfenos mais localizados levou ao desenvolvimento de eletrodos intra-corticais. Estes permitiram uma corrente de estimulação mais baixa, fosfenos mais consistentes, ausência de fenômeno de "flicker", a oportunidade de se aumentar o número de eletrodos e a redução de energia necessária e da corrente por microeletrodo. Apesar de haver muitas vantagens, outras limitações se tornaram mais aparentes nos implantes corticais, relacionados principalmente com a falta de conhecimento do processamento visual que ocorre em toda a via óptica, impossibilitando uma estimulação que pudesse reproduzir com fidelidade razoável o ambiente externo a ser visualizado.
Próteses retinianas
Durante o início dos anos 70, ficou evidente que pacientes cegos poderiam perceber fosfenos induzidos eletricamente em uma estimulação ocular e isso foi inicialmente obtido através de estimulação elétrica. Quando obtida, estas respostas indicaram a presença de pelo menos algumas células retinianas funcionais. Devido ao fato de haver um número significante de doenças degenerativas que afetam predominantemente as camadas mais externas da retina (em particular os fotorreceptores), a idéia de se estimular as camadas remanecentes da retina se tornou atrativa.
Duas das doenças degenerativas mais comuns são retinose pigmentar e degeneração macular relacionada à idade. A incidência de retinose pigmentar é de 1/3500 e há aproximadamente 1,5 milhões de pessoas afetadas no mundo, sendo a causa mais prevalente de cegueira hereditária atualmente. Degeneração macular senil é a principal causa de perda visual entre pessoas acima de 65 anos.
A análise morfométrica postmorten da retina de pacientes com retinose pigmentar revelou que a maioria das camadas mais superficias da retina (células bipolares e outras-78.4%) estão preservadas comparadas com as células das camadas mais profundas (fotorreceptores - 4.9%). Resultados semelhantes foram obtidos de pacientes com degeneração macular relacionada à idade.
Progressos no campo de prótese neural têm convergido com avanços em cirurgia vítreo-retiniana para possibilitar o desenvolvimento de próteses retinianas implantáveis. O implante pode ser divido de acordo com a localização da prótese: (1) superfície retiniana; (2) espaço subretiniano e; (3) ao redor do nervo óptico.
Durante a avaliação inicial da viabilidade de se estimular células retinianas remanescentes em pacientes cegos por retinose pigmentar e DMRI, um estudo determinou de maneira convincente a possibilidade real de se implantar eletrodos na retina. Neste estudo, pacientes cegos por retinose pigmentar ou DMRI foram submetidos a uma cirurgia vítreo-retiniana via pars plana com anestesia subconjuntival nos locais das esclerotomias, pelo fato de este tipo de anestesia não provocar disfunção do nervo óptico durante o teste. Durante estes procedimentos, diferentes tipos de eletrodos de estimulação retiniana foram posicionados sobre a superficie retiniana e os cirurgiões perguntavam aos pacientes a respeito das percepções visuais.
Durante a avaliação inicial da viabilidade de se estimular células retinianas remanescentes em pacientes cegos por retinose pigmentar e DMRI, um estudo determinou de maneira convincente a possibilidade real de se implantar eletrodos na retina. Neste estudo, pacientes cegos por retinose pigmentar ou DMRI foram submetidos a uma cirurgia vítreo-retiniana via pars plana com anestesia subconjuntival nos locais das esclerotomias, pelo fato de este tipo de anestesia não provocar disfunção do nervo óptico durante o teste. Durante estes procedimentos, diferentes tipos de eletrodos de estimulação retiniana foram posicionados sobre a superficie retiniana e os cirurgiões perguntavam aos pacientes a respeito das percepções visuais.
De modo encorajador, estímulos elétricos foram capazes de induzir fosfenos em todos os pacientes. Depois, em uma outra série de pacientes, outros 9 pacientes com retinose pigmentar ou degeneração macular senil tiveram estimulação elétrica epi-retiniana. Estes pacientes foram testados com uma placa de eletrodos com diversas configurações, incluindo 3x3, 5x5 e 3x7. Este estudo demonstrou de maneira importante que a estimulação elétrica é dependente da localização dos eletrodos. Talvez o achado mais significativo deste estudo tenha sido a possibilidade de se reconhecer formas com estimulação elétrica. Pacientes foram capazes de identificar formas simples como letras ou formato em caixa durante o período de estimulação elétrica.
Uma preocupação importante quando se tenta conectar um componente elétrico com um tecido tão frágil quanto a retina é o possível dano térmico que isso pode causar. Os implantes epiretinianos têm a vantagem de manter a maioria do componentes dentro da cavidade vítrea, que tem um grande potencial de dissipar o calor gerado. Em um estudo recente demonstramos que, quando os componentes eletrônicos estão situados na cavidade vítrea e a placa de eletrodos é posicionada na superfície epiretiniana, todo o calor gerado é dissipado e não chega a causar dano algum na retina.
O principal aspecto da estimulação retiniana é que estamos desta forma nos utilizando da via óptica pré-existente e da organização retinotópica fisiológica em adição à habilidade natural de se processar sinais na via de visão proximal. Muito do processamento visual ocorre em nível retiniano e a estimulação elétrica diretamente neste tecido deve maximizar a utilização desta via a fim de reproduzir uma qualidade de visão mais próxima da normal.
Prótese do nervo óptico
Teoricamente, o nervo óptico é um atraente sítio para implante de uma prótese, já que todo o campo visual está representado em uma pequena área. Entretanto, a alta densidade de axônios (1,2 milhões em uma estrutura de diâmetro cilíndrico de 2 mm) torna difícil que se alcance uma estimulação focal suficiente que resulte em percepções detalhadas. Outro fator que dificulta esta estratégia é o fato de as fibras maculares estarem localizadas no centro do nervo óptico, dificultando sobremaneira a estimulação específica de neurônios centrais.
Apesar de recentemente Veraart et al ter reportado sucesso relativo em um implante de prótese de nervo óptico em um paciente com retinose pigmentar, muitos obstáculos ainda precisam ser vencidos para que esta estratégia se torne viável.
Biocompatibilidade e viabilidade cirúrgica
viabilidade cirúrgica do implante e a biocompatibilidade de um implante médico em um receptor são duas grandes questões da visão artificial. O desenvolvimento da técnica de implante da prótese retiniana deve vencer diversos obstáculos técnicos e anatômicos antes de se determinar sua viabilidade. A biocompatibilidade pode ser vista em dois sentidos: de efeitos tóxicos que podem causar inflamação como oxidantes, catalíticos, contaminantes provenientes da fabricação, etc. Efeitos do implante podem tambem incluir infecção e outros potenciais efeitos deletérios da estimulação elétrica em si. Efeitos do tecido no implante incluem a corrosão e outros tipos de degradação.
Considerando que a estimulação é elétrica, os limites de estimulação sem que haja dano neuronal devem ser bem avaliados. Entre os estudos que tiveram um significativo impacto neste campo estão os estudos histopatológicos de estimulação crônica de tecido neural e os estudos eletroquímicos da interface eletrodo-eletrólito. A relativa segurança de cargas bifásicas equilibradas comparadas com cargas de forma monofásica foi demonstrada. Isto ocorre devido ao fato de a reversibilidade química requerer um pulso de polaridade inversa para reverter quimicamente todos os processos que ocorrem em um eletrodo sujeito a um pulso elétrico. Foi também demonstrado que um trauma neural induzido por estimulação elétrica é dependente da amplitude de corrente e do pulso de repetição, e mais significativamente, da densidade de carga e carga por fase.
Primeiros ensaios clínicos
Os primeiros estudos clínicos envolvendo um implante de uma prótese retiniana intraocular epiretiniana ocorreram em 2002 no Doheny Eye Institute. Em 6 pacientes com retinose pigmentar em estágio final (acuidade visual sem percepção luminosa ou percepção luminosa fraca) foram implantadas uma prótese retiniana intraocular com uma placa de 16 eletrodos na superfície macular. Neste primeiro modelo de implante (Second Sight) o vídeo é capturado por uma câmera externa e então a imagem é processada/pixelizada para depois ser convertida em sinais de estímulos elétricos e então estimular as células retinianas através da placa de eletrodos (Figura 1). Em todos os 6 pacientes as próteses foram cirurgicamente implantadas com sucesso (Figura 2) e ficou demonstrado por meio de testes psicofísicos a habilidade de se localizar, discernir e identificar objetos simples, discernir entre estímulos mais ou menos brilhantes através do controle da variação do nível de estímulo elétrico e também a habilidade de identificar a direção de objetos em movimento.
Uma preocupação importante quando se tenta conectar um componente elétrico com um tecido tão frágil quanto a retina é o possível dano térmico que isso pode causar. Os implantes epiretinianos têm a vantagem de manter a maioria do componentes dentro da cavidade vítrea, que tem um grande potencial de dissipar o calor gerado. Em um estudo recente demonstramos que, quando os componentes eletrônicos estão situados na cavidade vítrea e a placa de eletrodos é posicionada na superfície epiretiniana, todo o calor gerado é dissipado e não chega a causar dano algum na retina.
O principal aspecto da estimulação retiniana é que estamos desta forma nos utilizando da via óptica pré-existente e da organização retinotópica fisiológica em adição à habilidade natural de se processar sinais na via de visão proximal. Muito do processamento visual ocorre em nível retiniano e a estimulação elétrica diretamente neste tecido deve maximizar a utilização desta via a fim de reproduzir uma qualidade de visão mais próxima da normal.
Prótese do nervo óptico
Teoricamente, o nervo óptico é um atraente sítio para implante de uma prótese, já que todo o campo visual está representado em uma pequena área. Entretanto, a alta densidade de axônios (1,2 milhões em uma estrutura de diâmetro cilíndrico de 2 mm) torna difícil que se alcance uma estimulação focal suficiente que resulte em percepções detalhadas. Outro fator que dificulta esta estratégia é o fato de as fibras maculares estarem localizadas no centro do nervo óptico, dificultando sobremaneira a estimulação específica de neurônios centrais.
Apesar de recentemente Veraart et al ter reportado sucesso relativo em um implante de prótese de nervo óptico em um paciente com retinose pigmentar, muitos obstáculos ainda precisam ser vencidos para que esta estratégia se torne viável.
Biocompatibilidade e viabilidade cirúrgica
viabilidade cirúrgica do implante e a biocompatibilidade de um implante médico em um receptor são duas grandes questões da visão artificial. O desenvolvimento da técnica de implante da prótese retiniana deve vencer diversos obstáculos técnicos e anatômicos antes de se determinar sua viabilidade. A biocompatibilidade pode ser vista em dois sentidos: de efeitos tóxicos que podem causar inflamação como oxidantes, catalíticos, contaminantes provenientes da fabricação, etc. Efeitos do implante podem tambem incluir infecção e outros potenciais efeitos deletérios da estimulação elétrica em si. Efeitos do tecido no implante incluem a corrosão e outros tipos de degradação.
Considerando que a estimulação é elétrica, os limites de estimulação sem que haja dano neuronal devem ser bem avaliados. Entre os estudos que tiveram um significativo impacto neste campo estão os estudos histopatológicos de estimulação crônica de tecido neural e os estudos eletroquímicos da interface eletrodo-eletrólito. A relativa segurança de cargas bifásicas equilibradas comparadas com cargas de forma monofásica foi demonstrada. Isto ocorre devido ao fato de a reversibilidade química requerer um pulso de polaridade inversa para reverter quimicamente todos os processos que ocorrem em um eletrodo sujeito a um pulso elétrico. Foi também demonstrado que um trauma neural induzido por estimulação elétrica é dependente da amplitude de corrente e do pulso de repetição, e mais significativamente, da densidade de carga e carga por fase.
Primeiros ensaios clínicos
Os primeiros estudos clínicos envolvendo um implante de uma prótese retiniana intraocular epiretiniana ocorreram em 2002 no Doheny Eye Institute. Em 6 pacientes com retinose pigmentar em estágio final (acuidade visual sem percepção luminosa ou percepção luminosa fraca) foram implantadas uma prótese retiniana intraocular com uma placa de 16 eletrodos na superfície macular. Neste primeiro modelo de implante (Second Sight) o vídeo é capturado por uma câmera externa e então a imagem é processada/pixelizada para depois ser convertida em sinais de estímulos elétricos e então estimular as células retinianas através da placa de eletrodos (Figura 1). Em todos os 6 pacientes as próteses foram cirurgicamente implantadas com sucesso (Figura 2) e ficou demonstrado por meio de testes psicofísicos a habilidade de se localizar, discernir e identificar objetos simples, discernir entre estímulos mais ou menos brilhantes através do controle da variação do nível de estímulo elétrico e também a habilidade de identificar a direção de objetos em movimento.
Todos os resultados iniciais foram extremamente encorajadores no sentido de demonstrar a plasticidade e a presença de uma curva de aprendizado do sistema visual. Demonstra também que a estimulação epiretiniana pode ser conduzida de uma forma retinotópica. Estudos em andamento tentam determinar o melhor nível de estimulação. Através de diferentes parâmetros de estimulação elétrica pode-se selecionar as células a serem estimuladas. Assim, pode ser vantajoso a estimulação predominante de células bipolares ao invés das células ganglionares com o objetivo de se utilizar de forma mais intensa o processamento visual que naturalmente ocorre neste nível retiniano. Estes implantes iniciais demonstraram também que uma prótese epiretiniana crônica pode ser implantada com segurança.
Conclusão Existe hoje a realidade de um novo campo de pesquisa que reúne um esforço extraordinário no intuito de se re-estabelecer visão àquele que não enxerga mais. Os primeiros implantes em pacientes com retinose pigmentar apresentam resultados encorajadores e uma nova geração de implantes já está em fase inicial de estudos clínicos. Muito foi alcançado nestes últimos anos e muito mais é necessário para que possamos atingir o nosso objetivo maior, que é ajudar o nosso paciente.
Fonte: Portal da Oftalmologia
Este post foi escrito por: Nome do Autor
Aqui voce coloca sua descrição!
Receba gratuito para sua Caixa de Email
